一種增加不銹鋼激光打孔深度的新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種增加不銹鋼激光打孔深度的新方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光打孔是早在19世紀(jì)初就達(dá)到實(shí)用化的激光加工技術(shù)，同時(shí)也是激光加工的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。由于工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，硬度大、熔點(diǎn)高的材料應(yīng)用越來越廣泛，對此類材料的精細(xì)加工也迫在眉睫。然而這類材料的加工用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法很難甚至不可能實(shí)現(xiàn)，而采用激光打孔技術(shù)則可以解決。激光打孔是利用功率密度很高的高能激光束對材料進(jìn)行瞬時(shí)作用，脈沖時(shí)間極短，打孔速度非?？?。將高效能激光器與高精度的機(jī)床及控制系統(tǒng)配合，通過微處理機(jī)進(jìn)行程序控制，顯著提高了激光打孔的效率，這樣的科技結(jié)合實(shí)現(xiàn)了巨大的經(jīng)濟(jì)利益，推動了社會的發(fā)展。
[0003]然而，人類文明進(jìn)步的同時(shí)消耗著地球巨額的能源。石油，煤炭等傳統(tǒng)能源的枯竭，無疑敲響了節(jié)能環(huán)保的警鐘。目前絕大多數(shù)激光器都是由電力驅(qū)動，光電轉(zhuǎn)換效率不高，激光加工效率較低，由此大規(guī)模的激光加工材料意味著要消耗巨額的電力，使能源消耗增大。因此，節(jié)省激光加工過程中的能源消耗，提高激光加工效率是擺在面前的一個重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種增加不銹鋼激光打孔深度的新方法，通過在不銹鋼表面利用氨基硅烷化技術(shù)自組裝一層金納米顆粒，增加打孔深度。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0006]一種增加不銹鋼激光打孔深度的新方法，包含以下步驟:
[0007](I)不銹鋼前處理；(2)制備金納米顆粒溶液；(3)金納米顆粒在不銹鋼表面的自組裝:將3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMS)溶液溶解于甲醇中，配置成APTMS-甲醇溶液；將步驟(I)中經(jīng)過處理的不銹鋼浸泡在APTMS-甲醇溶液中，取出經(jīng)去離子水沖洗后，再次將其浸泡在步驟(2)中制備好的金納米顆粒溶液中，取出干燥后得到自組裝不銹鋼；(4)激光打孔:在步驟(3)中所述自組裝不銹鋼的表面激光打孔，所述激光的波長與金納米顆粒的吸收波長相同；(5)不銹鋼后處理。
[0008]進(jìn)一步的，步驟(I)中所述不銹鋼前處理的過程為:對不銹鋼的表面依次進(jìn)行打磨、拋光、超聲清洗和干燥處理。
[0009]進(jìn)一步的，所述不銹鋼為304不銹鋼。
[0010]進(jìn)一步的，步驟(2)中所述制備金納米顆粒溶液的制備如下:將1.7ml濃度為
0.01g/ml的氯金酸溶液加入50ml水中，采用油浴法加熱至沸騰后保持lOmin，隨后加入38.8mmol/L的梓檬酸鈉2.25ml，在10r/s的速度下加熱攪拌15min，得所述金納米顆粒溶液。
[0011]進(jìn)一步的，步驟(3)中所述3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMS)溶液和甲醇溶液的體積比為1:25。
[0012]進(jìn)一步的，步驟(3)所述經(jīng)過處理的不銹鋼浸泡在APTMS-甲醇溶液中的時(shí)間為12h0
[0013]進(jìn)一步的，步驟(3)所述經(jīng)過處理的不銹鋼浸泡在金納米顆粒溶液中的時(shí)間為12h0
[0014]進(jìn)一步的，步驟(3)中所述自組裝不銹鋼的表面組裝了一層金納米顆粒陣列。
[0015]進(jìn)一步的，步驟⑷中所述激光參數(shù)為:激光器頻率ΙΚΗζ，波長532nm，脈寬500ms，激光能量80-120uJ，脈沖個數(shù)1_5個。
[0016]進(jìn)一步的，步驟(5)所述不銹鋼后處理過程為:對經(jīng)步驟(4)處理的不銹鋼表面用酒精和丙酮在超聲清洗儀中交替清洗兩次、烘干后即得所述帶孔不銹鋼。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
[0018]本發(fā)明所述增加不銹鋼激光打孔深度的新方法，通過在處理后的不銹鋼表面利用氨基硅烷化技術(shù)自組裝一層金納米金屬顆粒層，隨后采用激光進(jìn)行打孔，激光照射激發(fā)金納米顆粒表面產(chǎn)生等離子體，與發(fā)出的激光耦合共振，增強(qiáng)金顆粒表面電磁場強(qiáng)度，使得不銹鋼表面吸收光子速度加快，不銹鋼材料迅速熔解，汽化局域電場強(qiáng)度，從而使打孔位置溫度急劇增高，進(jìn)而增加打孔深度。本發(fā)明所述方法具有步驟操作簡單、能源消耗少、加工效率尚、重復(fù)性能尚等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所述激光沖擊得到的孔的形貌掃描電鏡圖。
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所述激光沖擊得到的孔的深度數(shù)據(jù)圖。
[0021]圖3為本發(fā)明對比例I所述激光沖擊得到的孔的形貌掃描電鏡圖。
[0022]圖4為本發(fā)明對比例I所述激光沖擊得到的孔的深度數(shù)據(jù)圖。
[0023]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2所述激光沖擊得到的孔的形貌掃描電鏡圖。
[0024]圖6為本發(fā)明實(shí)施例2所述激光沖擊得到的孔的深度數(shù)據(jù)圖。
[0025]圖7為本發(fā)明對比例2所述激光沖擊得到的孔的形貌掃描電鏡圖。
[0026]圖8為本發(fā)明對比例2所述激光沖擊得到的孔的深度數(shù)據(jù)圖。
[0027]圖9為本發(fā)明實(shí)施例3所述激光沖擊得到的孔的形貌掃描電鏡圖。
[0028]圖10為本發(fā)明實(shí)施例3所述激光沖擊得到的孔的深度數(shù)據(jù)圖。
[0029]圖11為本發(fā)明對比例3所述激光沖擊得到的孔的形貌掃描電鏡圖。
[0030]圖12為本發(fā)明對比例3所述激光沖擊得到的孔的深度數(shù)據(jù)圖。
[0031]圖13為本發(fā)明實(shí)施例4所述激光沖擊得到的孔的形貌掃描電鏡圖。
[0032]圖14為本發(fā)明實(shí)施例4所述激光沖擊得到的孔的深度數(shù)據(jù)圖。
[0033]圖15為本發(fā)明對比例4所述激光沖擊得到的孔的形貌掃描電鏡圖。
[0034]圖16為本發(fā)明對比例4所述激光沖擊得到的孔的深度數(shù)據(jù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
[0036]實(shí)施例1:
[0037]一種增加不銹鋼激光打孔深度的新方法，包含以下步驟:
[0038](I)不銹鋼前處理:對304不銹鋼表面進(jìn)行打磨、拋光、超聲清洗和干燥處理；
[0039](2)制備金納米顆粒:將1.7ml濃度為0.01g/ml氯金酸水溶液加入50ml水中，采用油浴法加熱至沸騰后保持lOmin，隨后加入38.8mmol/L的檸檬酸鈉2.25ml，在10r/s的速度下加熱攪拌15min，得到顆粒直徑為40nm、吸收波長為532nm的所述金納米顆粒溶液。
[0040](3)金納米顆粒在不銹鋼表面的自組裝:用移液管取2.0ml的濃度為97%的3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMS)溶液溶解在50ml的甲醇中，配置成APTMS-甲醇溶液；將步驟
(I)中經(jīng)過處理的不銹鋼浸泡在APTMS-甲醇溶液中12h后取出，用大量去離子水沖洗。然后再浸泡在步驟(2)中制備好的金納米顆粒水溶液中，靜置12h后取出，干燥后得到自組裝的不銹鋼。
[0041](4)激光打孔:在步驟(3)中所述自組裝的不銹鋼的表面進(jìn)行激光打孔，所述激光的波長參數(shù)與金納米顆粒的吸收波長相同；設(shè)置激光參數(shù)如下:激光器頻率ΙΚΗζ，波長532nm，脈寬500ms，激光能量80uJ，脈沖個數(shù)I個。
[0042](5)不銹鋼后處理:對經(jīng)過步驟(4)的不銹鋼表面經(jīng)酒精和丙酮在超聲清洗儀中交替清洗兩次、烘干后即得所述帶孔的不銹鋼。
[0043]我們對實(shí)施例1所得孔的形貌和深度進(jìn)行分析，如圖1所示，凹坑呈錐形分布，且在孔的邊緣有重鑄層及飛濺的殘?jiān)?。我們進(jìn)一步測量了孔深，如圖2所示，孔的深度為
1.36 μ m0
[0044]對比例1:除不進(jìn)行步驟(2)制備金納米顆粒和步驟(3)金納米顆粒在不銹鋼表面的自組裝外其他步驟與實(shí)施例1相同。
[0045]我們對對比例I所得孔的形貌和深度進(jìn)行分析，如圖3所示，除了重鑄層及飛濺殘?jiān)?，孔呈不完全錐形結(jié)構(gòu)。我們進(jìn)一步測量了孔深，如圖4所示，孔的深度為1.2 μπι。
[0046]通過對實(shí)施例1和對比例I的比較，經(jīng)過本發(fā)明方法制得的孔的深度與原有激光打孔相比，增加了 12